Tema 11: El código genético

Tema 11: El código genético
Relación gen/enzima (¿cómo se transcribe la información?)
Vamos a ver cómo es el código genético y cómo hacemos copias para poder usar la información. Veremos si
se cumple ese eslogan de un gen ! una enzima. Veremos también que las distintas informaciones de la
molécula de ADN se van leyendo en distintos momentos de la vida.
Un gran avance en el estudio de las proteínas es el conocimiento de los aminoácidos. Esto es gracias a las
enzimas proteolíticas, que parten siempre la proteína por el mismo sitio: reconoce un enlace, y es por donde
corta. Otra técnica para estudiarlos es la cromatografía: muy exacta para saber qué sustancias hay, por
pequeña que sea la cantidad. Hay distintos tipos, vamos a poner un ejemplo: cogemos un trozo de hipófisis y
la troceamos con una batidora especial. Conseguimos así destruir el tejido, obteniendo una especie de papilla.
Cogemos un papel secante y ponemos una gota de la papilla en una esquina. Luego ponemos la hoja en
contacto con un disolvente (agua). El agua sube por el papel secante y arrastra las partículas de esa gota y las
distribuye conforme a su solubilidad, peso, etc. formando un gradiente. Es una técnica muy refinada.
Con estas dos técnicas (enzimas proteolíticas y cromatografía) se han podido determinar todos los
aminoácidos y, por tanto, la secuencia de las proteínas. Seguimos buscando hoy patologías debidas a
alteraciones en las cadenas de aminoácidos (un ejemplo de esto es la anemia falciforme). A veces puede faltar
un aminoácido, otras el aminoácido queda bloqueado (como en el albinismo o el cretinismo). Hay
enzimopatías, enfermedades debidas a la alteración de una enzima: un gen ! una enzima. A esta unidad
funcional (gen−enzima) se llama cistrón. Un cistrón viene a ser como un gen, y un cambio en él da una
alteración funcional. Es un trozo de información genética que sabemos que función tiene. Un cistrón es un gen
del que sabemos cómo funciona.
Continuamente se están haciendo copias del ADN, pues si todos los días recurrimos a él acaba por dañarse.
Con la autorradiografía se estudia cómo se hacen estas copias: el ARN saca al citoplasma la información. El
ARN es similar al ADN, sólo que su cadena es simple en vez de doble, y contiene uracilo en lugar de timina.
Pero, ¿qué cadena de las dos copia? ¿y cómo la copia? La copia la ARNpolimerasa. Esta polimerasa tiene que
reconocer el «promotor» y el punto de iniciación. También hay un punto de finalización.
Desnaturalización de ADN: se separan las dos hebras y se coloca ARN para ver si reconoce algún trozo de
ADN. Se forman cadenas híbridas (contienen ADN y también ARN).
Cadena con sentido, cadena antisentido. El ARN, ¿cuál de las dos cadenas de ADN copiará? Copiará la
cadena sin sentido, porque la copia (que es complementaria) tendrá sólo de esta manera sentido. Esa copia se
hace siempre en la misma cadena. Entonces ¿qué pasa con la cadena complementaria que no usamos? Parece
que contiene información, pero eso es aún una incognita.
¿Cómo llevamos la información?
La información la tenemos codificada. Esto ya se preveía en los 60. Lo único que varía en las cadenas de
ADN es la secuencia de bases nitrogenadas. Hay cuatro bases: A, G, C, T.
Hay 20 aminoácidos, y la información para formar proteínas con ellos viene incluida en el ADN (en la
secuencia de bases). Si tomamos las bases de 1 en 1 sólo tenemos cuatro casos posibles; no explican los 20
posibles aminoácidos. Si las tomamos de 2 en 2, 42=16: tampoco explican 20 casos. Si las tomamos de 3 en 3,
43=64: ya explican 20 posibles aminoácidos, incluso nos sobran combinaciones. ¿Por qué sólo 20
aminoácidos? ¿y por qué éstos precisamente? En la naturaleza hay muchos más, pero estos 20 son los más
1
polivalentes, por eso tenemos éstos y no otros.
El descubrimiento de la proflavina constituyó un gran avance para el estudio de la secuencia del ADN. Tiene
la facultad de insertar o eliminar un nucleótido, y cambiar así la información codificada.
CON TEO HAN IDO DOS MAS
CON TEO ANI DOD OSM AS
CON TEO ANE IDO DOS MAS
La información va por tripletes: codones. ¿Están estos tripletes solapados?
AUUGCUCAG
Si estuvieran solapados la modificación de un nucleótido afectaría a más de un aminoácido. Se observó que un
cambio en un único nucleótido sólo tenía influencia sobre un aminoácido. Esto nos lleva a pensar que no están
solapados.
El nuestro es un código degenerado. Esto se dice porque un aminoácido puede estar codificado por varios
codones y algunos codones pueden no codificar ningún aminoácido. Por ejemplo:
UAA
UAG
UGA
¿Cómo se conoció la clave de codificación? Gracias a Severo Ochoa y a Niremberg. Los descubrimientos no
fueron posibles hasta que no se pudo fabricar nucleótidos en laboratorio.
La de Ochoa no fue una investigación lineal, sino con importantes saltos. Lo primero que hizo fue fabricar una
cadena formada por un sólo nucleótido (UUUUU...). Se lea como se lea ésta, siempre nos va a dar la misma
información (incluso si los codones se solaparan). Esta cadena daba como resultado la síntesis de fenilanina.
Por tanto UUU codifica fenilanina. ¿Cómo se descubrieron las proporciones? Por combinaciones: cogían
uracilo y guanina en proporción 3:1.
UUU
UUG
UGU
GUU
UGG
GUG
GGU
GGG
Probabilidad teórica
27/64 ! 1.00
9/64 ! 0.33
9/64 ! 0.33
9/64 ! 0.33
3/64 ! 0.11
3/64 ! 0.11
3/64 ! 0.11
1/64 ! 0.03
Aminoácido que codifica
Fenilanina
Leucina
Valina
Cisteína
Pues se observó que los porcentajes teóricos se acercaban mucho a los empíricos. Esto demostró que la
codificación era por codones (de 3 en 3 nucleótidos).
2
El ARN interviene en la síntesis proteica. El ARNm (mensajero) tiene que estar protegido para aguantar en el
citoplasma. Se protege mediante metilaciones (añadir radicales metilo que evitan la oxidación). No obstante,
en poco tiempo (unos segundos) las enzimas líticas lo rompen. Los ribosomas tienen que leer rápidamente
estos ARNm. El ARNm se une a una de las subunidades del ribosoma (que tiene 2 subunidades).
Concretamente, se une a la de 40 (la otra es de 60). IF3 es el factor de iniciación.
El primer triplete es siempre el mismo, así que el primer aminoácido va a ser siempre el f−met.
Necesitamos energía. Ésta la procura el IF2, que trae moléculas de GTP. A partir de este momento el
ribosoma comienza a andar por la cadena. Llegará un momento en que encontraremos un triplete de
terminación (UAA, por ejemplo). El ARNt (transportador) trae los aminoácidos que indica el ARNm. El
aminoácido se une al ARNt, y este a su vez a la cadena de nucleótidos (ARNm). Se va formando así la cadena
de aminoácidos que dará lugar a la proteína. Cuando un aminoácido ya está unido al siguiente se desliga del
ARNt. Obtenemos así las proteínas. El IF1 interviene en el reciclado de ribosomas. El ARNm es leído por
varios ribosomas a la vez. Normalmente el ARNm tiene varias proteínas codificadas, que suelen ser enzimas
que intervienen en un mismo proceso.
¿Leemos toda la información, o regulamos lo que leemos?
Hay un momento en que tenemos que leer cómo funcionan, por ejemplo, las células del hígado. Esto ocurre
cuando se están formando, pero luego no hace falta que volvamos a leer esa información continuamente.
Ahora bien, ¿cómo se regula esa lectura? Estudiando las bacterias se ha descubierto. Nace el concepto de
«operón». En las bacterias se estudió el control de la lactosa. Es fácil estudiar las mutaciones en las bacterias:
mutamos su material genético mediante rayos ultravioletas; luego hacemos diversos cultivos en los que hay
carencia de distintos aminoácidos. Si las bacterias se mueren en un cultivo es que el aminoácido que falta es
fundamental debido a la mutación.
Gen promotor: sirve para que la ARNpolimerasa se una a él. Viene a ser el punto de iniciación de lectura. Lo
importante es que se ha descubierto un gen que puede estar pegado o separado de él: el gen regulador. El gen
regulador es el que codifica la proteína que se une al promotor. Esta proteína se une al promotor impidiendo
que la ARNpolimerasa avance. Una vez que la ARNpolimerasa se une al gen promotor es inevitable que
avance, pero para pararla está esta proteína represora. A este conjunto de elementos se llama «operón». Lo
que se ha descubierto en bacterias funciona también en nosotros. Funcionamos con operones, pero no se ha
demostrado que siempre sea así, es decir, que no haya otros mecanismos de regulación distintos.
Para quitar la proteína represora fabricamos otra que actúa como `sacacorchos': la proteína inductora. Hay
otro mecanismo relacionado con la proteína represora: muchas veces el represor no es activo y necesita lo que
llamamos un correpresor para unirse.
Lo que queda claro es que la manera de controlar la información es el ambiente. Ambiente es también la
interacción de los genes. El control de lectura implica tener información y también implica, como vemos, el
ambiente.
4
!
Elimina un elemento: H
!
Inserta un elemento: E
3
! Éstos son marcas de terminación, y no codifican ningún aminoácido.
A
U
G
G
A
A
A
U
G
G
A
A
ARNt
ARNt
f−met
leucina
4